Utilisation des pouzzolanes d’ en briques, dans le District de , Région Ramanantsoa T.1 Mandimbiharison A. J 2

1) École Normale SFM/FLM Fandriana, Option Scientifique, BP 23 Fandriana 308, ,[email protected] 2) Université d’Antananarivo, École Supérieure Polytechnique, Département de Géologie, BP1500 101 Madagascar, [email protected]

RÉSUMÉ Les pouzzolanes ont de nombreuses utilisations dans divers domaines : bâtiments (fabrication des bétons légers ou caverneux..), construction routière (construction des assises et structuration des chaussées, comme Matériaux Sélectionnés..), industrie cimentière (Ajout), agriculture (drainage et amendement des sols..). A Madagascar ces diverses utilisations sont méconnues des constructeurs et du grand public. C’est pourquoi il nous a paru nécessaire de valoriser les pouzzolanes dans les environs de Betafo dans le domaine de bâtiment, en occurrence pour la fabrication des briques en pouzzolane. Des essais, analyses et expérimentations ont été effectués au sein du Laboratoire National des Travaux Publics et de Bâtiments (LNTPB). Pour cela nous avons confectionné des briques sous forme d’éprouvette (moule cylindrique) à partir des pouzzolanes noires (PN) et rouge mélangé (PRM) selon les teneurs en ciment (6 ,8 et 10%) et les granulométries (4/10 ; 2/4 ; 0,5/2 ; 0/0,5) pour déterminer les résistances à la compression de chaque essai. Mots-clés : pouzzolanes, briques, résistance à la compression, utilisation, Betafo.

ABSTRACTS Pozzolans have many uses in various fields: buildings ( manufacture of light or cavernous concrete..), road construction (construction of foundations and structuring of pavements, as Selected Materials…), cement industry (Addition..), agriculture (drainage and soil amendment…). In Madagascar these various used are little known by manufacturers and the general public. This is why it seemed necessary to us to develop the pozzolans in the surroundings of Betafo in the building sector, in fact for thr manufacture of bricks in pozzolan. Tests, analyzes and experiments were carried out within the National Laboratory of Public Works and Buildings (LNTPB). For this, we made bricks from black (PN) and mixed red (PRM) pozzolanas according to the cement contents (6, 8 and 10%) and the grain sizes (4/10;2/4;0,5/2;0/0,5) to determine the compressive strengths of each test. Keywords: pouzzolans, bricks, compressive strength, use, Betafo.

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I- INTRODUCTION ET GENERALITES

De nombreuses pouzzolanes se trouvent dans la Région de Vakinankaratra, dans le District de Betafo et en particulier dans la Commune Rurale d’Alakamisy-Anativato. Elles peuvent servir comme matériaux routiers (Matériaux Sélectionnés ou M.S.) ou de construction en bâtiment (béton léger..) ainsi que des liants. Cette pluralité de nouvelle combinaison offre aux constructeurs des produits de plus en plus performants. De nos jours, les bétons légers font partie de la gamme des bétons spéciaux développés par des chercheurs et dans ce cas, on utilise des granulats légers dont leurs caractéristiques sont programmables par la connaissance des propriétés des matériaux, du mélange, des adjuvants et des conditions de formulation (Moussa A .K 2009). Malgré la pluralité d’utilisation de pouzzolane la question qui traverse notre esprit est ce que la pouzzolane naturelle rencontrée à Alakamisy Anativato peut-elle être utilisée pour confectionner des briques? Avec une réponse affirmative deux hypothèses ont été émises : - D’abord il faut faire le choix de la granulométrie de pouzzolane ; - Puis avec l’expérimentation définir la teneur du liant (ciment) à utiliser. L’objectif principal est de déterminer lors de l’expérimentation la granulométrie convenable avec la teneur en ciment pour obtenir une brique ayant une bonne résistance à la compression. Dans cet article il sera question d’exposer les résultats des essais et des expérimentations pour confirmer les hypothèses proposées.

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I.1 Sitologie

La Commune Rurale d’Alakamisy Anativato se trouve dans le District de Betafo, Région de Vakinankaratra. Elle est située à 21km au sud-ouest d’ suivant la RN 34 (Figure 1). Cette commune a une superficie de 17,60 km2 et compte 8 fokontany : Alakamisy, Ambalakatra, Ampamelomana, Antovontany, Iakarina, Imanja et –Belanitra (PCD Alakamisy Anativato,2015). Elle est délimitée :

. au Nord par les Communes Rurales de Ambohijatovo, ; . au Sud par la Commune Rurale d’Alakamisy Marososona; . à l’Est par la Commune Rurale de ; . à l’Ouest par la Commune Rurale de Betafo, et de .

RN34

Figure 1 : Carte de localisation de la zone d’étude

Sur le plan morphologique, la zone est caractérisée par une succession des monts (Iavoko 1817m, Antsifotra 1788m..) et des vallées plus ou moins larges occupées par des rizières. Certaines collines sont entaillées par de l’érosion en lavaka (figure 2) et que dans certains endroits quelques

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appareils volcaniques (cône, cratère) sont conservés (figure 3) et le sol noir n’est autre que des cendres volcaniques très fertiles.

Figure 2. Versant d’une colline entaillée par Figure 3 : Cône et cratère conservés l’érosion en lavaka

Du point de vue géologique, (Besairie H. 1962), l’axe Antsirabe – Betafo y compris notre zone d’étude présente deux entités géologiques bien distinctes (figure 4) :  La formation volcanique récente du Vakinankaratra représentée par le basanite, le basanitoide et les pouzzolanes ;  La formation de socle précambrien matérialisée par la migmatite granitoïde.  Basanite et Basanitoide Ces 2 types de roches ne se rencontrent que dans la région volcanique d’Antsirabe-Betafo. Elles forment dans cette région des puys très remarquables qui sont les monts volcaniques de l’Iavoko et de l’Antsifotra. avec une conservation parfaite particulièrement dans le flanc Sud et Sud –Ouest. La pouzzolane se trouve surtout sur le flanc et le sommet de la colline, tandis que les gros blocs (basanite) se placent dans les bas-fonds.  Migmatite granitoïde Le flanc Sud du mont d’Antsifotra montre un très bel affleurement de migmatite granitoïde. C’est une roche migmatitique à fort pourcentage d’élément granitique, ou encore comme de granite folié leucocrate dans lesquelles les minéraux ferromagnésiens tel que biotite, amphibole et parfois grenats disposés en minces lits appartiennent à une roche métamorphique préexistante. Du point de vue association minéralogique : aucun minéral de métamorphisme autre que l’amphibole et la biotite n’a été observé dans la migmatite granitoïde.

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Mont Antsifotra avec son cratère

Figure 4 : Carte géologique de la zone d’étude

I.2 Description et caractéristiques des pouzzolanes

Définition de pouzzolanes La pouzzolane est une roche naturelle constituée par des scories volcaniques de texture scoriacée et alvéolée de couleur allant du noir au rouge en passant par gris, brun violacé et essentiellement

composée de silice (SiO2) , d’alumine (Al2O3) et d’oxyde ferrique (Fe2O3). Cette variation de couleur des pouzzolanes est liée au rapport des pourcentages pondéraux des Oxydes Ferreux et Ferriques dans la roche f = FeO/Fe2O3 (Bagarre, 1987).

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Mode de formation des pouzzolanes La pouzzolane appartient à la famille des roches éruptives qui sont composées de roches plutoniques et de roches volcaniques.

Les roches volcaniques se divisent en deux groupes tels que les laves et les projections, et les pouzzolanes appartiennent à ce dernier groupe. Les volcans caractérisés par des explosions violentes projettent des débris de tout calibre. Les matériaux les plus fins, constitués de cendres, peuvent être transportés par le vent et tomber en pluie loin du centre d’émission, c’est le cas des pouzzolanes (Figure 6).

Figure 6 : Formation des Pouzzolanes (klouky.free.fr/Histoire/les volcans) Caractéristiques des pouzzolanes La première caractéristique de pouzzolane est sa capacité de fixer l’Oxyde de Calcium (Chaux) en présence d’eau pour donner des composés stables « Silicate de Chaux » possédant des propriétés de liant hydrauliques de ciment. C’est l’effet pouzzolanique et pour que la pouzzolane soit utiliser dans la fabrication du ciment, elle doit avoir un indice de pouzzolanicité Ip >75. Selon la norme française NFP18 310 la composition des pouzzolanes naturelles doit être conforme au Tableau1 suivant.

Tableau 1- Norme française NFP18 310 sur la composition de pouzzolane (in Benkaddour M. 2009)

SiO Al O Fe O CaO MgO Ip 2 2 3 2 3 42 à 55% 12 à 24% 8 à 20% 4 à 11% 1 à 10% > 75

La compilation des résultats d’analyse chimique des pouzzolanes dans les environs de Betafo est représentée dans le tableau 2 suivant pour comparer avec la norme française.

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Tableau 2 : Compilation de toutes les moyennes des résultats des analyses chimiques dans des sites situés dans les environs de Betafo.

Localité SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Ip Sur l'axe RN34 du PK16 au PK20 31,64 26,64 14,16 5,11 5,38 - Sur l’un des monts Iavoko 42,4 17,24 14,62 6,54 7,28 - Alakamisy Anativato 45,17 14,11 16,20 3,56 6,54 72,57 Tritriva 44,18 13,94 12,10 12,10 10,46 79,79 (Source Mandimbiharison A. et al, 2014)

Se référant aux teneurs des éléments majeurs décrits dans le Tableau 1, dans l’ensemble la composition des pouzzolanes collectés dans les 3 sites (Tritriva, Alakamisy Anativato et Iavoko) sont conformes à la norme française NFP18 310. Tandis que pour les pouzzolanes le long de l’axe

RN34, la teneur en silice (SiO2) est faible et que celle de l’alumine (Al2O3) est trop élevée.

La pouzzolane possède d’autres propriétés et qualités dont : la légèreté, l’isolation thermique et phonique, la résistance au gel et un bon accrochement du liant grâce à sa rugosité.

Des essais physique (densité du béton frais) et mécanique (résistance à la compression) des bétons confectionnés à partir des granulats de granite et de pouzzolane (de Tritriva) de granulométrie 0/7 (microbéton) ont été faits et représentés dans le Tableau 3 suivant pour montrer la performance du béton de pouzzolane combiné avec du ciment dosé à 350kg/m3.

Tableau 3- Densité du béton frais et résistance à la compression en 7jours/28jours

Type Dosage Poids (g) Volume Densité Rc (Kg/cm²) (cm3) 7j 28 j 7j 28j 7j 28j Pouzzolane 350 626 762,5 339,3 1,84 2,2 64,92 248,85 Granite 738 764,5 339,3 2,18 2,25 162,29 252,46 Pouzzolane 250 566 674 339,3 1,67 1,98 39,67 72,13 Granite 737 767 339,3 2,17 2,26 119,02 162,29 Pouzzolane 150 679 689 339,3 2 2,03 72,13 73,20 Granite 683 729 339,3 2,01 2,15 36,06 79,34 (Source Mandimbiharison A et al. ,2014)

I.3 Généralités sur les différents types des briques Les briques sont classées en 2 types différents : les briques de terre industrielle et les briques de terre cuite artisanales.

Selon les Normes Malgache sur les Travaux des Bâtiments à Madagascar, ces briques ont des caractéristiques dimensionnelle (tableau 4) et mécanique (tableaux 5 et 6).

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Tableau 4 : Caractéristiques dimensionnelles de deux types de briques

Briques de terre industrielle Briques de terre cuite

Référence Arrêté n° 2346 du ministère des Arrêté 1877-PCH/TR du 26 Juillet travaux publics en date du 26 1963 portant les Normes Malgache Octobre 1962 des briques de terre cuite artisanales Ce sont les produits briques pleines et creuses de terre cuite C’est un matériau de construction destinés à être montés soit à formé par de terre argileuse ou Définition bain de mortier puis enduits sur brique pleine de terre cuite dite artisanale les 2 faces, soit montés à mortier batard enduit ou non sur leurs faces.

Briques pleines Dimension Dimension Max Mini Épaisseur 5,5 7 7,5 Épaisseur 12 9 Largeur 11 11 11 Largeur 12 10

Longueur 21 21 21 Longueur 24 20,5

Normes Briques creuses dimensionnelles Poids maximal : le poids d’une Dimension [ cm] brique artisanale n’excédera pas 2,5 Épaisseur 5 6,5 8 kg.

Largeur 15 15 15

Longueur 30 30 30 Dimension Épaisseur 10 12 15 Largeur 15 15 15 Longueur 30 30 30 Dimension Épaisseur 15 20 25 Largeur 20 20 20 Longueur 40 40 40

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Tableau 5 : Les normes sur les caractéristiques mécaniques des briques industrielles à Madagascar

Résistance à la compression à sec [Kg /cm2] Catégories Moyenne Porosité sur 7 Minimum Briques Briques pleines : . Porteuse P1 100 80 . Porteuse P2 70 60 30% . Porteuse P 3 40 30 . Remplissage R 30 20 Briques creuses 35 28 . Porteuse P1 22 18 . Porteuse P2 22% 15 12 . Remplissage R1 12 8 . Remplissage R2 (Source : Normes Malgache sur les Travaux des Bâtiments à Madagascar)

Tableau 6 : Les normes sur les caractéristiques mécaniques des briques artisanales

Résistance en kg /cm2 de section brute CATEGORIES Moyenne sur Minimum sur 7 7 briques briques Brique porteuse catégorie 1A . À sec 70 60 . Imbibition 48 heures 50 40 Brique porteuse catégorie 2A . À sec 40 30 . Imbibition 48 heures 30 20 Brique à remplissage RA . À sec 30 20 . Imbibition 48 heures 20 15 (Source : Normes Malgache sur les Travaux des Bâtiments à Madagascar)

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II- INVESTIGATION EXPERIMENTALE

II.1 Les matériaux utilisés

Les pouzzolanes Les pouzzolanes utilisées pour l’expérimentation se trouvent dans le fokontany d’Ampamelonana au sein de la Commune Rurale d’Alakamisy Anativato. Elles sont de couleur noire (PN) et rouge mélangé (PRM).

Les caractéristiques de ces points d’échantillonnage sont représentées dans le tableau 7.

Tableau 7 : Description des points d’échantillonnage

N° Localisation Poids (kg) Couleur Echantillon Coordonnées Laborde(m)

X : 449 535 Noire 1 7 ,68 Y : 694 192 PN

Mélangée X : 448 194 (rouge-noire- 2 6, 34 brun) Y : 693 424 PRM

(Source : Ramanantsoa T., 2017)

Le ciment

Le ciment utilisé est «ORIMBATO CEM IV 42,5 COMUM PORTLAND CEMENT AFRICEM EN 197-1/2000 ». Les résultats des essais mécanique-physiques effectués sur ce ciment ont été fournis par le LNTPB. Le tableau 8 précise les résultats.

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Tableau 8: Résultats des essais sur le ciment [LNTPB 2017]

(Source : Ramanantsoa T., 2017)

II.2 Déroulement des essais

La méthodologie de la confection de briques Pour confectionner une brique, il n’est pas juste question de mélanger des pouzzolanes et du ciment avec de l’eau. Mais il faut calculer les dosages convenables de chacun de ces constituants de brique, d’où la notion de «formulation ».

L’expérimentation nécessite les matériels suivants (Figure 7) :

Balance de précision - Série de tamis avec accessoires – Etuve – Presse de Duriez et Marshall- Appareil d’écrasement, de surfaçage et de démoulage - Moule du Duriez et Broyeur.

(Source : Ramanantsoa T., 2017)

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Figure 7 : Les différents matériels utilisés pour les essais et expérimentations Les modes opératoires durant la confection des briques sont résumés dans l’organigramme de la figure 8.

Préparation d'échantillon de pouzzolane

étuvage à 105°C

Broyage fin

tamisage

Prise d'échantillon tamisé et malaxage

Moulage à Duriez et Marshall

Démoulage

Pésage

Ecrasement

Figure 8 : Mode opératoire au laboratoire (Source : Ramanantsoa T., 2017)

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La méthodologie de la formulation de brique

Elle comporte les différentes expérimentations sur des moules de forme cylindrique (Hauteur =7 à 7,5cm ; Diamètre =8cm) lors de la confection des briques. Les paramètres utilisés sont les types de pouzzolane (PN ; PRM), sa granulométrie (4/10 ; 2/4 ; 0,5/2 :0/0,5), sa masse (Mp[g]), le pourcentage du ciment (6% ; 8% ;10%), la charge de la presse et la teneur en eau ( 8 à 11 % Mp[g]). Les formules sont présentées sous forme des tableaux. Les tableaux 9 et 10 en sont des exemples. Tableau 9 : Un exemple de formulation en variant la granulométrie, les teneurs en ciment et en eau pour la pouzzolane noire (PN) et la pouzzolane rouge mélangée (PRM).

Granulométrie Ciment date Pouzzolane Mp[g] Me[g] [mm] [%] Confection Écrasement 4 /10; 2/4 ; PN 500 10/8/6 55 à 40 21/08/17 04/09/17 0,5/2 ; 0/0,5 PRM 500 10/8/6 55 à 40 21/08/17 04/09/17

Tableau 10 : Un exemple de résultat pour la résistance à la compression d’une brique en pouzzolane confectionnée avec un dosage de 10% de ciment.

4/10 Dimension Charge Poids V [cm 3] Rc en MPa [mm] H (cm) d (cm) S [cm2] en KN PN 568 50,24 376,8 20 3,98 7,5 8 PRM 566 50,24 376,8 20 2,98

III- RESULTATS III-1. Résultats des analyses granulométriques Les tableaux 11et 12 exposent les résultats des analyses granulométriques et les figures 9 et 10 correspondent à leurs courbes granulométriques.

Tableau 11 : Résultats d’analyse de pouzzolane noire

Tamis Refus partiel [g] Pourcentage [mm] refus cumulé Refus cumulé complémentaire

4 98,163 98,163 98,163 1,84

2,50 1,531 99,69 99,69 0,31

1,60 0,061 99,75 99,75 0,25

PAN 0,080 99,83 99,83 0,16

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Courbe granulometrique pouzzolane noire 100

80

60

40 Refus [%] Refus 20 0 4 2,5 1,6 PAN Figure 9 : Courbe granulométrique de pouzzolane noire (PN) Tamis[mm]

Tableau 12 : Résultat d’analyse de pouzzolane rouge mélangée

Tamis Refus partiel [g] Pourcentage

[mm] refus Cumulé Refus cumulé complémentaire 4 50,629 50,629 50,629 49,38 2,50 19,605 70,22 70,22 80,40 1,60 15,442 85,66 85,66 84,56 0,5 14,016 99,67 99,67 85,99 PAN 0,222 99,89 99,89 99,78

Courbe granulometrique pouzzolane rouge melangée 60 50 40 30 20 Refus [%] Refus 10 0 4 2,5 1,6 0,5 PAN Figure 10 : Courbe granulométrique de Tamis[mm] pouzzolane Rouge Mélangé (PRM)

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III-2 Résultats expérimentaux sur les briques

Les moules utilisées sont de forme cylindrique de hauteur variable et de diamètre constant = 8cm, les briques obtenues après expérimentation sont représentées par la figure 11 Tous les essais et expérimentations ont été faits au Laboratoire National des Travaux Publics et Bâtiments (LNTPB).

Figure 11: Briques en pouzzolane obtenues après expérimentation (forme cylindrique selon la moule) (Source : Ramanantsoa T., 2017)

Les résistances à la compression en fonction de teneur en ciment et de la granulométrie pour 2 types de pouzzolane PN et PRM sont représentées sous forme de tableau (Tableaux 13,14) et de graphique (Figure 12 et 13).

Tableau 13 : Résistance à la compression de brique en pouzzolane noire en fonction de la teneur en ciment et de la granulométrie.

Résistance à la compression Rc [MPa] Pouzzolane Noire PN

Granulométrie 4/10 2/4 0,5/2 0/0,5

Teneur en 6% 2,78 2,58 1,39 1,19

ciment 8% 2,98 3,58 1,79 1,99

10% 3,98 3,98 2,39 1,79

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Tableau 14 : Résistance à la compression de brique en pouzzolane PRM en fonction de la teneur en ciment

Résistance à la compression Rc [MPa] Pouzzolane Rouge Mélangé PRM

Granulométrie 4/10 2/4 0,5/2 0/0,5

Teneur en 6% 2,39 1,99 0,99 0,79

ciment 8% 2,81 2,19 1,60 1,70

10% 2,98 3,78 2,98 1,39

(Source : Ramanantsoa T., 2017)

La représentation graphique de résistance à la compression des briques en pouzzolane obtenue en fonction de la granulométrie et de teneur en ciment pour les deux types de pouzzolane PN et PRM sont illustrées par les figures 11 et 12.

4 4

3 3

2 6% 2 6%

8% Rc[MPa] 8%

Rc[MPa]en 1 1 10% 10% 0 0 4/10 2/4 0,5/2 0/0,5 4/10 2/4 0,5/2 0/0,5 Granulométrie en [mm] Granulométrie en [mm]

Figure 12: Rc en fonction granulométrie et Figure 13: Rc en fonction granulométrie et teneur en ciment pour PN teneur en ciment pour PRM

La brique de pouzzolane noire (PN) de granulométrie 4/10 ou 2/4 dispose plus de résistance à la compression que celle de pouzzolane rouge mélangé (PRM) pour les teneurs en ciment de 8 et 10%.

IV- DISCUSSION La discussion est axée sur la comparaison entre la brique en terre cuite artisanale et celle en pouzzolane noire. Les données moyennes des briques artisanales à Madagascar sont conférées par le tableau 15.

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Tableau 15 : Caractéristiques des briques artisanales à Madagascar

Dimension en cm Poids en g Section en mm2 Charge en KN Rc en MPa 18,5 x 9 x 8 1 382 15 725 36 2,29 19,5 x 9,5 x 7,5 1 403 18 525 28 1 ,51 19 x 10 x 8,5 1 298 19 000 30 1,57 Moyenne 1 361 17 750 31,33 1,79

La comparaison effectuée avec la norme Malagasy selon TBM et la moyenne des données sur les briques artisanales à Madagascar permet de la montrer sous forme de tableau (Tableau 16).

Pour les deux types de pouzzolane (PN, PRM), la résistance à la compression pour les granulométries 2/4 et 4/10 et avec de teneur en ciment de 8 et 10% dépasse 2MPa (brique de remplissage selon la norme TBM).

Tableau 16 : Comparaison de brique en pouzzolane par rapport à la norme TBM et aux caractéristiques des briques artisanales à Madagascar.

Dimension en cm Densité Poids en kg Rc moyenne en MPa 24 x 12 x 12 0,72 2 ,500 2 (remplissage) Norme Malgache selon TBM 20,5 x 10 x 9 1,35 1,992 4 (porteur) Brique en terre artisanale 18,5 x 9 x 8 1,02 1,361 1,79

Brique cylindrique en pouzzolane H = 7 ; R = 4 1,67 0,587 3,98 (en 14jr) Si on utilise une moule 18,5 x 9 x 8 2,224

Les figures 14 et 15 montrent les deux types de brique en terre cuite et en pouzzolane.

Figure 14 : Briques de terre cuite artisanales Figure 15 : Briques en pouzzolane 20x20x40 10x10x20

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Les pouzzolanes noires abondantes dans la zone peuvent être utilisées en tant que brique porteur pour les granulométries 4/10 et 2/4 en utilisant une teneur de 10% de ciment. Mais déjà pour une teneur en ciment de 6%, les briques confectionnées pour les mêmes granulométries peuvent être utilisées en tant que brique de remplissage.

CONCLUSION

Les pouzzolanes considérées comme granulats légers ont des comportements physique, chimique et/ou mécanique différents selon leur couleur et leur granulométrie. La recherche effectuée révèle que les pouzzolanes de la Commune Rurale d’Alakamisy-Anativato sont un très bon matériau de construction et peuvent être utilisé comme brique que ce soit remplissage ou porteur. Par rapport aux briques en terre artisanales, elles sont plus résistantes. Les briques en pouzzolanes sont économiques financièrement par rapport aux parpaings et le gisement des pouzzolanes est plus accessible. Tout de même, il est recommandable et avantageux d’utiliser des pouzzolanes noires et des ciments. En conclusion même si les pouzzolanes d’Alakamisy-Anativato ne possèdent pas une très bonne qualité à la cimenterie (Indice de pouzzolanicité inférieur à 75), elles sont bien adaptées pour faire des briques porteuses ou remplissages. Elles dépassent de loin les caractéristiques physiques et mécaniques des briques en terre cuite. Ainsi, elles méritent d’être authentifiées et vulgarisées et pourraient être bénéfiques dans le développement des domaines de la construction de notre pays.

Références bibliographiques

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Madamines, ISSN 2220-0681, Vol.1, 2020 18